[发明专利]脉冲中子煤炭元素含量及工业分析指标在线分析装置

说明书

技术领域

本发明属于核技术应用领域，涉及一种以脉冲D-T中子发生器为中子源，在线快速分析煤炭主要元素含量及工业分析指标的装置。

背景技术

用脉冲D-T中子发生器为中子源在线快速分析煤炭元素含量及工业分析指标是核技术应用领域的研究热点之一。其原理用脉冲D-T中子发生器发射的快、热中子辐照输煤皮带上的煤炭，煤炭中的原子核与这些中子发生非弹性散射和辐射俘获反应，并释放出瞬发特征伽马射线。特征伽马射线的能量可以确定元素种类，特征伽马射线的总计数可以计算元素含量，根据主要元素含量可以实时分析出煤炭的发热量、全硫、灰分、挥发份、固定碳、水分等工业分析指标。常用的几何配置一般为反射式（D-T中子发生器和伽马射线探测器位于输煤皮带的一侧）和透射式（D-T中子发生器和伽马射线探测器位于输煤皮带机的两侧）。由于在线分析的煤炭厚度较大，且不稳定，一般采用反射式，即D-T中子发生器和伽马射线探测器位于输煤皮带机的下方。此设计不仅能够消除煤炭厚度的影响，还能提高伽马射线的测量效率，提高测量精度。但此设计存在两个主要问题：

1、D-T中子发生器和伽马射线探测器位于输煤皮带机的一侧，两者之间的距离非常小，D-T中子发生器产生的中子能量为14.1 MeV，如果直接照射到伽马射线探测器上，不仅对其损伤大，还与其内部元素发生核反应，产生伽马射线，影响煤炭元素含量的测量精度。

2、BGO（锗酸铋）探测器是常用的伽马射线探测器，其探测效率受温度的影响非常大。在线检测基本属于室外检测，BGO探测器的温度很难控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲中子煤炭元素含量及工业分析指标在线分析装置，所要解决的技术问题是降低BGO探测器内的快中子通量，并使BGO探测器的工作温度稳定在-4.5℃~-5.5℃之间。

为了实现上述目标，本发明解决其技术问题所采用的技术方案：脉冲中子煤炭元素含量及工业分析指标在线分析装置，主要包括辐射防护体、辐射防护体内的煤炭输送通道和探测装置，探测装置位于煤炭输送通道的下方；探测装置包括中子探测器、脉冲D-T中子发生器及BGO探测器，其特征是脉冲D-T中子发生器与BGO探测器之间依次有铅板a、聚乙烯板和铅板b；BGO探测器置于BGO探测器恒温控制系统内。

一般地，本发明所述的BGO探测器恒温控制系统包括杜瓦瓶、蒸汽压力式制冷系统和温度控制器；BGO探测器置于BGO探测器恒温控制系统的杜瓦瓶内。

一种较佳的方案是，所述脉冲D-T中子发生器与BGO探测器之间的铅板a、聚乙烯板和铅板b的厚度分别为6cm、11cm和8cm。

所述的辐射防护体由内向外依次包括铅层、聚乙烯层、镉层和铁层。

所述煤炭输送通道包括输煤皮带和支撑板。

本发明技术的设计特点和作用如下：

1. 辐射防护体主要由铅层，聚乙烯层，镉层以及铁层组成，可以使本装置周围的辐射剂量满足国家GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》的要求。铅层既可以快速使中子能量从14.1 MeV降低到2 MeV左右，还可以屏蔽聚乙烯中的碳、氧特征伽马射线，防止其进入BGO探测器影响煤炭中碳、氧的测量精度。聚乙烯层能够进一步慢化、热化中子，同时也能吸收部分热中子，剩余的热中子将被镉层吸收。铁层既可以保护装置内部的器件，还能够屏蔽伽马射线，减少装置周围的辐射剂量。

2. BGO探测器放置BGO探测器恒温控制系统内，可以利用蒸汽压力式制冷系统，杜瓦瓶和温度控制器使其温度稳定在-4.5℃~-5.5℃之间。BGO探测器的温度保持在此范围内，既可以提高BGO探测器的探测效率，还可以防止伽马能谱峰位随BGO探测器的温度变化而发生漂移。

3．脉冲D-T中子发生器和BGO探测器之间依次放置的铅板a，聚乙烯板和铅板b，既可以降低BGO探测器内的快中子通量，还能够屏蔽聚乙烯板中的碳、氧特征伽马射线，防止其进入BGO探测器影响煤炭中碳、氧的测量精度。D-T中子发生器产生的中子能量为14.1MeV，如果直接照射到BGO探测器上，不仅对探测器的损伤大，还将与其内部的氧发生非弹性散射反应，释放出特征伽马射线，严重低影响了煤炭中的氧元素测量精度。铅板a的厚度为6cm，可以使大部分中子的能量迅速降低到2 MeV，然后再用11cm厚的聚乙烯板以及8cm厚的铅板b对这些中子进一步慢化、吸收。和没有铅板a，聚乙烯板和铅板b比，能够到达BGO探测器的中子约为9.1%，能量高于6.4MeV（氧元素的非弹性散射反应阈值）的中子低于0.8%。